那些奇形怪状的物体,一个「水母」机械手轻松抓取

9天前 41 阅读 ID:522
机器之心
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抓娃娃机是一种很常见的游乐设备,其中的机器抓手很难成功抓到娃娃。实际上,「抓娃娃」的应用场景类似于在深海中抓取海底的珊瑚、文物等等。这些东西往往非常珍贵且脆弱易碎,因此人们尝试构建灵活稳定的机械抓手。

当前大多数机械手依靠嵌入式传感器、复杂的反馈回路或先进的机器学习算法,结合操作员的技能,来抓取易碎、形状不规则的物体。

现在,来自哈佛大学约翰 · 保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员展示了一种更简单的方法。他们从大自然汲取灵感,设计了一种新型柔软的机械抓手,使用一组细长的触手来缠绕和捕获物体,类似于水母、章鱼收集猎物的方式。

我们先来看一下这个机械手抓取物体的效果,例如抓取一个树状物体

可以发现,该机械手利用柔软触手易于形变的特点,让触手像绳子一样卷曲并缠绕在物体上,实现了「抓握」的功能。

研究概述

首先,该研究重新思考了机器手与物体互动的方式。论文第一作者 Kaitlyn Becker 介绍称:「通过利用软体机器人的自然柔顺的优势,我们设计了一种整体性能大于各部分总和的机械抓手,和一种能够以最少的规划和感知适应一系列复杂物体的抓取策略。」其中,机械触手依靠简单的充气来保持形态,不需要传感、规划或反馈控制。研究论文发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。

                       论文地址:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209819119

和动物的触手一样,虽然一根机械触手很柔弱,但多根触手组合在一起就可以牢牢抓住沉重且形状各异的物体。抓手的力量和适应性来自于它与试图抓住的物体纠缠在一起的能力。

                                                           一两根触手无法成功抓取物体。

每根机械触手都是等长的空心橡胶管,这些橡胶管受压会发生形变并卷曲缠绕在物体上。整个机械手的关键原理是触手的每一次缠绕都会增加抓握的强度;想要释放物体时,只需对这些触手减压,让它们解开缠绕,就可以放开物体。

该研究使用模拟和实验来测试该机械抓手的功能,尝试抓起一系列物体,包括各种室内植物和玩具。例如抓取环状物体,并将它平放在桌面上:

从外部横向抓取一段管状物体:

还可以从内部抓取同一根管子:

抓取一个球体:

抓手可用于实际应用,以抓取用于农业生产和配送的软水果和蔬菜、医疗环境中的脆弱组织,甚至仓库中不规则形状的物体,例如玻璃器皿。

抓手可用于实际应用,以抓取用于农业生产和配送的软水果和蔬菜、医疗环境中的脆弱组织,甚至仓库中不规则形状的物体,例如玻璃器皿。

总的来说,机械手的抓取原理结合了 L. Mahadevan 教授在缠结细丝的拓扑力学方面的研究和 Robert Wood 教授关于软体机器人抓手的研究。

这种新的机器人抓取方法补充了现有的解决方案,将需要复杂控制策略的简单传统夹持器替换为易于控制且形态复杂的细丝触手,这些触手可以通过非常简单的控制进行操作,扩大了机械抓手的抓取范围。

参考链接:

https://www.seas.harvard.edu/news/2022/10/tentacle-robot-can-gently-grasp-fragile-objects

https://www.therobotreport.com/harvard-researchers-create-soft-tentacle-like-robot-gripper/

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